Аппаратно-программный комплекс для автоматизации технологического процесса производства приборов микро- и оптоэлектроники

• Автор: Зайцев, Николай Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 205 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР И АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1. ПРОИЗВОДСТВО ИМС И ЭТАПЫ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

1.2. ЭТАПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1.2.1. Автоматизация без использования ЭВМ

1.2.2. Автоматизация с использованием ЭВМ для обработки информации

1.2.3. Автоматизация с использованием ЭВМ для управления и обработки информации

1.2.4. Цифровые интерфейсы вводавывода

1.2.4.1. Интерфейсы КАМАК, МУЛЬТИБАС, ФАСТБАС

1.2.4.2. Современные интерфейсы вводавывода 1БА, РС1, Ы8В
1.2.5. Автоматизация измерений на базе программного пакета ЬаЬУ1ЕУ
1.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР
1.3.1. Метод вольт амперных характеристик
1.3.2. Методы вольтфарадных характеристик
1.3.3. Метод вольт сименсных характеристик
1.3.4. Метод фото ЭДС
1.3.5. Метод нестационарной спектроскопии глубоких уровней
1.3.6. Метод релаксационной оптоэлектронной спектроскопии глубоких уровней
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1
ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ИССЛЕДОВАНИЯ МДПСТРУКТУР
2.1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА, ПРОТЕКАЮЩЕГО ЧЕРЕЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВУЮ СТРУКТУРУ
2.2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУТУРЫ
2.2.1. Мостовые схемы
2.2.2. Схемы делителей напряжения
2.2.3. Схема дифференциатора
2.2.3.1. Теоретическое рассмотрение
2.2.3.2. Экспериментальное исследование схемы
2.2.3.3. Оценка случайной погрешности метода
2.3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ
2.3.1. Безынерционные методы
2.3.1.1. Метод линейной развертки
2.3.1.2. Метод круговой развертки
2.3.1.3. Метод фигур Лиссажу
2.3.2. Инерционные методы
2.3.2.1. Фазовый детектор
2.3.2.2. Метод электронного реле
2.3.2.3. Метод трех амплитуд
2.4. ВЫБОР СХЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ИЗМЕРЕНИЯ ВФХ
2.4.1. Анализ методики измерения
2.4.1.1. Определение параметров схемы замещения
2.4.1.2. Определение составляющих импеданса
2.4.2. Схема подачи напряжения
2.5. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФЭДС ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУТУРЫ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТАННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МДПСТРУКТУР
3.1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВФХ 1
3.1.1. Блок преобразования емкости в напряжение
3.1.2. Блок аналого цифрового преобразования
3.1.3. Блок цифро аналогового преобразования
3.1.4. Блок вводавывода
3.1.5. Программа автоматизированного управления ВФХ 1
3.1.6. Технические характеристики ВФХ1
3.2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВФХ 2
3.2.1. Блок преобразования емкости в напряжение
3.2.2. Блок вводавывода
3.2.3. Программа управления экспериментом
3.2.4. Технические характеристики ВФХ2
3.3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС МЕТРОНОМ
3.3.1. Структурная схема автоматизированного комплекса
3.3.2. Схема блока преобразования параметров
3.3.2.1. Генератор тестового сигнала
3.3.2.2. Модуль автоматизированного измерения ВФХ
3.3.2.3. Модуль автоматизированного измерения ВАХ
3.3.2.4. Модуль автоматизированного измерения ФЭДС
3.3.2.5. Модуль коммутации аналогового сигнала ИЗ
3.3.2.6. Меры повышения точности измерений
3.3.3. Цифровой блок
3.3.4. Программное обеспечение комплекса
3.3.4.1. Функции iI для управления комплексом
3.3.4.2. Многопоточность
3.3.4.3. Пользовательский интерфейс
3.3.5. Технические характеристики автоматизированного измерительного комплекса МЕТРОНОМ
3.4. СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗРАБОТАННОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА МЕТРОНОМ С АНАЛОГАМИ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3
ГЛАВА4. ИЗМЕРЕНИЯ НА РАЗРАБОТАННЫХ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРИБОРАХ
4.1. ИЗМЕРЕНИЯ НА АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ИЗМЕРИТЕЛЕ ВФХ2
4.2. ИЗМЕРЕНИЯ НА АВТОМАТИЗИРОВАННОМ КОПМЛЕКСЕ МЕТРОНОМ
4.2.1. Измерение ВАХ полупроводниковых структур
4.2.1.1. Измерение ВАХ рп переходов
4.2.1.2. Измерение ВАХ кремниевых МДПструктур
4.2.1.3. Измерение ВАХ пробитых кремниевых МДГструктур
4.2.2. Обсуждение результатов измерений
4.2.3. Измерение ВФХ полупроводниковых структур
4.2.3.1. Измерение ВФХ кремниевых МДПструктур
4.2.3.2. Влияние поляризации МДП структур на их параметры
4.2.3.3. Влияние засветки МДП структур на их параметры
4.2.3.4. Комбинированное воздействие
4.2.4. Обсуждение результатов
4.2.5. Автоматический расчет параметров по методу Термана
4.2.5.1. МетодГермана
4.2.5.2. Расчет теоретической высокочастотной ВФХ
4.2.5.3. Описание программы расчета спектра плотности поверхностных состяний
4.2.6. Обсуждение результатов
4.2.7. Результаты измерения спектра ППС МДПструктур
4.2.8. Обсуждение результатов измерений
4.2.9. Измерение ФЭДС МДПструктур и фотодиодов
4.2.9.1. Полевые зависимости ФЭДС кремниевых структур
4.2.9.2. Частотные зависимости ФЭДС кремниевых МДПструктур
4.2.9.3. ФЭДС в поляризованных МДПструктурах
4.2 Обсуждение результатов измерения
4.3. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИССЛЕДУЕМОЙ МДПСТРУКТУРЫ В СОСТАВЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Причиной этого является то, что во время проведения технологических операций по созданию прибора, а также испытаний и эксплуатации в полупроводнике накапливается большое количество структурных дефектов и их комплексов, часть из которых обладает электрической активностью. Это означает, что при действии электрических полей эти дефекты воздействуют на протекающие в приборе электронные процессы, изменяя их. Указанные дефекты, как правило, ухудшают характеристики приборов. Таким образом, для создания высокотехнологичных микроэлектронных приборов необходимо уметь обнаруживать в его полупроводниковой пластине все типы электрически активных дефектов, уметь их идентифицировать и при необходимости снижать их электрическую активность путем уничтожения, вывода из активной области прибора или структурного преобразования дефекта. Для оперативного получения сведений о происходящих в сгрукгурах изменениях необходима разработка устройств, которые позволяют получать такую информацию. В силу того, что полупроводниковые структуры в определенных условиях приобретают емкостные свойства, многие методы основаны на исследовании этих свойств или переходных процессов, протекающих в областях с емкостными свойствами, при различных внешних воздействиях. К числу таких методов можно отнести емкостной метод нестационарной спектроскопии глубоких уровней НСГУ, v i , метод вольтфарадных характеристик ВФХ, метод нестационарной емкости, а так же методы, основанные на оптических свойствах области пространственного заряда и границы раздела полупроводник диэлектрик. Наряду с емкостными методами, существуют методы, основанные на токовых и потенциальных характеристиках полупроводниковых структур. К их числу относятся метод вольтамперных характеристик ВАХ, метод ФЭДС фото ЭДС, токовый . Такие методы кроме свойств исследуемой полупроводниковой структуры позволяют определять ее добротность. Общими для этих методов является то, что на исследуемой структуре измеряется падающее на ней напряжение или протекающий через нее ток, в результате возбуждения, то есть все эти методы являются электрическими. Кроме электрических методов существуют электронная микроскопия, люминесценция, метод позитронной аннигиляции, метод селективного травления, электрон нозондовые методы исследования кристаллов. Перечисленные неэлектрические методы, как правило, сложны в реализации и требуют дорогостоящего оборудования и должны применяться в том случае, если требуется глубокая проработка модели, объясняющей электрические свойства полупроводниковой структуры. По этим причинам рассмотрение не электрических методов нс приводится. Современные элементы электроники сложны и их диагностика требует использования автоматизированных измерительных комплексов. Проведение измерений с помощью измерительных методик неизбежно приводит к вопросу о трудоемкости этого процесса, объективности получаемых результатов, скорости обработки экспериментальных данных и их отображения в наглядной форме. В этой связи естественным и единственным выходом из создавшейся ситуации является применение средств вычислительной техники, как для автоматизации собственно процесса измерения, так и процесса обработки и отображения информации. Положительным моментом в этой ситуации является широкое распространение персональных компьютеров различной конфигурации и возможностей, а так же большой набор прикладных программ для обработки результатов измерений. При выборе средств автоматизации электрических измерений необходимо определится в объеме автоматизируемых операций, что позволит выбрать вид применяемой автоматизации, способ размещения цифровых и аналоговых измерительных плат в системном блоке персонального компьютера РС через шину А, РС1 или в выносном блоке, количество требуемых цифровых модулей и их параметры , . В дополнении к сказанному, современные возможности автоматизированной измерительной техники помогают более широко изучать свойства полупроводниковых структур и позволяют глубже понять природу электронных процессов. Все это обуславливает необходимость в разработке новых методов исследования, которые позволят оперативно изучать свойства полупроводниковых структур.